EP0193976B1 - Vorrichtung für die pyrometallurgische Behandlung feinkörniger, schmelzflüssige Produkte ergebender Feststoffe - Google Patents

Vorrichtung für die pyrometallurgische Behandlung feinkörniger, schmelzflüssige Produkte ergebender Feststoffe Download PDF

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EP0193976B1
EP0193976B1 EP86200140A EP86200140A EP0193976B1 EP 0193976 B1 EP0193976 B1 EP 0193976B1 EP 86200140 A EP86200140 A EP 86200140A EP 86200140 A EP86200140 A EP 86200140A EP 0193976 B1 EP0193976 B1 EP 0193976B1
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EP
European Patent Office
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discharge slot
spiral
gas outlet
section
cyclone
Prior art date
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Expired
Application number
EP86200140A
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English (en)
French (fr)
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EP0193976A1 (de
Inventor
Edgar Prof. Dr. Muschelknautz
Ernst Becker
Adalbert Bartsch
Lars Kersten
Georg Dr. Gospos
Gerhard Berndt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aurubis AG
Original Assignee
Norddeutsche Affinerie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Norddeutsche Affinerie AG filed Critical Norddeutsche Affinerie AG
Publication of EP0193976A1 publication Critical patent/EP0193976A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0193976B1 publication Critical patent/EP0193976B1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/12—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/12—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by gases
    • C22B5/14—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by gases fluidised material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C1/00—Apparatus in which the main direction of flow follows a flat spiral ; so-called flat cyclones or vortex chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C3/06—Construction of inlets or outlets to the vortex chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C7/00—Apparatus not provided for in group B04C1/00, B04C3/00, or B04C5/00; Multiple arrangements not provided for in one of the groups B04C1/00, B04C3/00, or B04C5/00; Combinations of apparatus covered by two or more of the groups B04C1/00, B04C3/00, or B04C5/00

Definitions

  • the invention relates to a device for the pyrometallurgical treatment of fine-grained solids resulting in products which are molten at treatment temperatures.
  • DE-PS-2 253 074 discloses a process for the pyrometallurgical treatment of fine-grained solids which result in products which are molten at treatment temperatures, in which the solids suspended in oxygen-rich gases run at a high rate and prevent reignition be reacted in a vertical burning path.
  • the suspension formed which contains predominantly molten particles, is introduced into a horizontally arranged cyclone chamber.
  • hot gas with melting drops from the vertical cylindrical firing section enters tangentially at one end of the lying cylindrical cyclone chamber and centrally at the opposite end through a collar into a downstream secondary chamber.
  • the separated melt flows to the secondary chamber at the outlet end of the gas flow through a high, narrow slot, which is embedded below the collar in the vertical central plane of the end face.
  • Solid and preheated gas are blown into the cylindrical cyclone chamber from above along a secant without their own burning path. The entry is made over almost the entire length of the cyclone.
  • the gas flows to a secondary chamber through a collar inserted centrally in the end face.
  • the melt flows under the collar through a hole in the deepest part of the end wall also into the secondary chamber.
  • the object of the invention is to provide a device, in particular a cyclone chamber, for pyrometallurgical treatment of fine-grained solids, which avoids the disadvantages of known devices and in particular the aforementioned disadvantages.
  • the invention solves the problem with a device for the pyrometallurgical treatment of fine-grained solids suspended in oxygen-rich gases, with a horizontally arranged cylindrical vessel and the associated burner shaft opening vertically into the vessel, as well as with a gas discharge opening and discharge opening for melts.
  • a device of the type mentioned is designed according to the invention in such a way that the tangential opening of the combustion shaft extends the circular cross section of the cylindrical vessel in the form of a partial spiral and opens into a discharge slot, the discharge slot being open at the bottom and the outer jacket of the essentially cylindrical vessel breaks through substantially parallel to its longitudinal axis.
  • the measures of the invention are based on the knowledge that with a high solids load (melt particles) of the gas stream emerging from the combustion shaft, the melt particles are almost completely flung and in the first curve of the inlet bend against the container wall, where a closed and rapidly flowing film on the immediately steep cylinder wall.
  • the film's high flow rate drops to a fraction when the gradient in the lower area of the cyclone wall becomes smaller. That is, in such an undesirable case, the melt film is accumulated in waves in conventional cyclones, while a part of the gas flow on the waves or on the surge is deflected in the direct direction of the gas outlet as at a baffle. The part of the flow which is deflected upward by the surge then disadvantageously tears large drops from the liquid wave which, due to the dynamic pressure of the escaping gas flow, pulsates and bubbles considerably. The torn drops fly slowly and almost vertically upwards into the very restlessly rotating and oscillating vortex core of the cyclone flow, where they increasingly wobble axially towards the gas outlet. Faster and circling drops are just about to be separated, a part bakes in the gas outlet on the inner wall and a part is carried along with the flow through the gas outlet (Fig. 1 and 2).
  • the inventive arrangement is now advantageously achieved that in the tangential inlet spiral (14) practically in the first spiral section or arc, the molten particles from the gas stream and on the spiral wall as a film (4) and almost completely in the discharge slot or slot-like discharge channel (16) are transferred.
  • the melt runs as a jet through the discharge slot into a melt collecting container (19) (FIG. 3). From the collecting tank, the melt can possibly reach a forehearth, where the melt mixture is separated into the components if necessary.
  • a small part of the gas flow can - if arranged accordingly - e.g. B. exhaust gas opening (20) in the melting tank (19) - escape through the discharge slot (16) over the melting tank.
  • the walls of the cyclone chamber are designed in a manner known per se as steam-cooled, pinned tube walls (17) lined with refractory material, whereby they are solidified by a thin layer Melting products secure wall protection is achieved.
  • the wall surface (15) of the inlet spiral (14) runs flat, runs tangentially and forms the lower surface of the discharge slot (16).
  • This flat surface has a downward slope of approximately 20 to 45 ° to the horizontal.
  • the other (upper) surface delimiting the discharge slot starts at a point on the wall which lies on the continuation of the original wall spiral, which is interrupted by the discharge slot.
  • the discharge slot is generally equipped with parallel walls. However, at least one wall expediently diverges in the direction of the melt collecting container.
  • the burner shaft has a generally circular cross section.
  • the cross section of the tangential opening of the combustion shaft into the cyclone chamber is expediently elliptical. In many cases, a rectangular cross section is advantageous. From the inlet cross-section, the inlet spiral expands steadily and reaches approximately the length of the discharge slot. The length of the discharge slot (in the direction of the cyclone axis) is approximately up to 3 times the width of the inlet of the spiral.
  • a groove is located in the lining of the cyclone jacket at the lowest point and starting in the area of the gas outlet opening.
  • This channel (Fig. 3a; 18) runs with increasing depth to the discharge slot and is a kind of return for the melt film, which comes from the remaining melt particles still separated from the main gas stream.
  • the return channel begins with increasing depth at a distance of approximately 1/3 to 2/3 of the diameter value of the gas outlet opening and ends at the discharge slot.
  • the channel end has a width "B" of approximately 1/4 to 1/2 the diameter of the gas outlet opening.
  • the depth "T" of the return channel corresponds approximately to the width "B".
  • part of the cylindrical cyclone arranged horizontally is angled upwards; that is, a cylindrical section of the cyclone can be angled upwards as a whole, or only the lower half of the jacket can be angled upwards, so that a cyclone section is in the form of an asymmetrical cone.
  • the angling (a) of the longitudinal axis upwards is approximately 15 to 30 °, and the length of the angled cyclone section corresponds approximately to the length of the return channel installed in the lower cyclone jacket.
  • the entire cyclone jacket in the region of the angled longitudinal axis can be designed conically towards the gas outlet.
  • a large number of solids can be treated pyrometallurgically in the device according to the invention.
  • Non-ferrous metal ore concentrates and sulfidic ores are particularly suitable.
  • the device according to the invention is also suitable for the treatment of oxidic, optionally pre-reduced iron ores or iron ore concentrates and also for the treatment of metallurgical intermediates.
  • the advantage of the device according to the invention can be seen in the fact that a large number of solids can be used at a high gas loading density and can be treated pyrometallurgically and that the melting particles in the cyclone can be separated practically completely and above 95%. At high throughput, the device according to the invention has practically no susceptibility to failure.
  • the gas stream loaded with melt particles is introduced into the cyclone through the tangential inlet spiral (14) (FIG. 3).
  • the molten particles are practically separated from the gas flow on the spiral wall (4) in the first spiral section and almost completely transferred into the discharge slot (16).
  • the melt runs as a jet through the discharge slot (16) into a melt collecting container (19).
  • the walls of the cyclone chamber are designed in a manner known per se as steam-cooled, pinned and lined with refractory tube walls, a reliable wall protection being achieved by a thin layer of solidified melting products.
  • the process is autogenous.
  • fuel is additionally supplied in gaseous, liquid or solid form.
  • Copper stone and slag are removed together at a melting temperature of approx. 1,320 ° C through the slot discharge of the lying cyclone vessel.
  • the exhaust gas emerging from the cyclone vessel in the axial direction (FIGS. 3; 9) has a temperature of 1,320 ° C. and contains approx. 56 vol.% SO 2 .
  • This flue dust is separated in the waste heat boiler and gas cleaning systems downstream of the cyclone system.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die pyrometallurgische Behandlung von feinkörnigen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen.
  • Aus DE-PS-2 253 074 (= US-PS-3 915 692) ist ein Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von feinkörnigen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen bekannt, bei dem die in sauerstoffreichen Gasen suspendierten Feststoffe mit hoher und eine Rückzündung ausschließender Geschwindigkeit in einer vertikalen Brennstrecke zur Reaktion gebracht werden. Die gebildete, überwiegend schmelzflüssige Partikel enthaltende Suspension wird in eine horizontal angeordnete Zyklonkammer eingetragen. Bei der vorbekannten Anordnung tritt heißes Gas mit Schmelztropfen aus der vertikalen zylindrischen Brennstrecke direkt tangential an einem Ende der liegenden zylindrischen Zyklonkammer in diese ein und am entgegengesetzten Ende zentrisch durch einen Kragen in eine nachgeschaltete Sekundärkammer aus. Die abgeschiedene Schmelze fließt am Austrittsende der Gasströmung durch einen hohen schmalen Schlitz, der unterhalb des Kragens in der senkrechten Mittelebene der Stirnfläche eingelassen ist, zur Sekundärkammer.
  • Die in einem aus DE-AS-2 010 872 (= CA-PS-926 631) vorbekannten änlichen Verfahren verwendete Schmelzzyklonkammer hat eine annähernd horizontale Achse, die gegenüber der Horizontalen um maximal etwa 30° abwärts geneigt ist. Feststoff und vorgewärmtes Gas werden ohne eigene Brennstrecke, jedoch von oben längs einer Sekante in die zylindrische Zyklonkammer eingeblasen. Der Eintrag erfolgt nahezu über die ganze Länge des Zyklons. Das Gas strömt durch einen zentrisch in der Stirnfläche eingelassenen Kragen zu einer Sekundärkammer. Die Schmelze fließt unter dem Kragen duch ein Loch an der tiefsten Stelle der Stirnwand ebenfalls in die Sekundärkammer.
  • Die in den vorbekannten Verfahren verwendeten Zyklonkammern führen in vielen Fällen in Abhängigkeit von der Art der zu behandelnden Feststoffe zu Störungen des Betriebsablaufs. Bei höheren Durchsatzmengen kommt es zu starker Ansatzbildung in den Gasaustrittsöffnungen, da die Schmelzabscheidung innerhalb der Zyklonkammer nicht mehr genügt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, insbesondere Zyklonkammer, zur pyrometallurgischen Behandlung von feinkörnigen Feststoffen bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und insbesondere die vorgenannten Nachteile vermeidet.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Vorrichtung für die pyrometallurgische Behandlung von in sauerstoffreichen Gasen suspendierten feinkörnigen Feststoffen, mit horizontal angeordnetem zylindrischem Gefäß und damit verbundenem, vertikal in das Gefäß einmündendem Brennschacht, sowie mit Gasabzugsöffnung und Austragsöffnung für Schmelzen. Eine Vorrichtung der genannten Art wird gemäß der Erfindung in der Weise ausgestaltet, daß die tangentiale Einmündung des Brennschachts den kreisförmigen Querschnitt des zylindrischen Gefäßes in Form einer Teilspirale erweitert und in einen Austragsschlitz einmündet, wobei der Austragsschlitz nach unten offen ist und den äußeren Mantel des im wesentlichen zylindrischen Gefäßes im wesentlichen parallel zu dessen Längsachse durchbricht.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrrichtung wird eine praktisch vollständige Abscheidung der pyrometallurgisch behandelten Partikel aus der Gasphase (Gasstrom), insbesondere bei hohen Beladungen des Gasstromes von z. B. J.1"" 7 kg Schmelzpartikel pro kg Gas erzielt.
  • Die Maßnahmen der Erfindung beruhen auf der Erkenntnis, daß bei hoher Feststoffbeladung (Schmelzpartikel) des aus dem Brennschacht austretenden Gasstromes die Schmelzpartikel nahezu vollständig und schon in der ersten Krümmung des Einlaufbogens an die Behälterwand geschleudert werden, wo sofort ein geschlossener und schnell strömender Film an der steilen Zylinderwand entsteht.
  • Die hohe Fließgeschwindigkeit des Films fällt aber auf einen Bruchteil zurück, wenn das Gefälle im unteren Bereich der Zyklonwand geringer wird. Das heißt, in einem solchen unerwünschten Fall wird der Schmelzfilm in herkömmlichen Zyklonen wellenartig aufgestaut, während ein Teil des Gasstromes an den Wellen bzw. an dem Schwall wie an einer Schikane in direkter Richtung des Gasaustritts abgelenkt wird. Der über den Schwall nach oben abgelenkte Teil der Strömung reißt dann in nachteiliger Weise viele große Tropfen aus der Flüssigkeitswelle, die aufgrund des Staudrucks der austretenden Gasströmung erheblich pulsiert und brodelt. Die losgerissenen Tropfen fliegen langsam und fast senkrecht nach oben in den sehr unruhig drehenden und pendelnden Wirbelkern der Zyklonströmung, wo sie zunehmend axial in Richtung des Gasauslasses taumeln. Schneller werdende und kreisende Tropfen werden gerade noch abgeschieden, ein Teil backt im Gasaustritt an der Innenwand an und ein Teil wird mit der Strömung durch den Gasaustritt mitgerissen (Fig. 1 und 2).
  • Mit der erf indungsgemäßen Anordnung wird nun in vorteilhafter Weise erreicht, daß in der tangentialen Einlaufspirale (14) praktisch im ersten Spiralabschnitt bzw. -bogen die schmelzflüssigen Partikel aus dem Gasstrom und an der Spiralwandung als Film (4) abgeschieden und nahezu vollständig in den Austragsschlitz bzw. schlitzartigen Austragskanal (16) überführt werden. Durch den Austragsschlitz läuft die Schmelze als Strahl in einen Schmelzsammelbehälter (19) (Fig. 3). Vom Sammelbehälter gelangt die Schmelze gegebenenfalls in einen Vorherd, wo gegebenenfalls die Trennung des Schmelzgemisches in die Komponenten erfolgt. Ein geringer Teil der Gasströmung kann bei entsprechender Anordnung - z. B. Abgasöffnung (20) im Schmelzsammelbehälter (19) - durch den Austragsschlitz (16) über den Schmelzsammelbehälter entweichen.
  • Die Wände der Zyklonkammer sind in an sich bekannter Weise als dampfgekühlte, bestiftete und mit Feuerfestmaterial ausgekleidete Rohrwände (17) ausgeführt, wobei durch eine dünne Schicht erstarrter Schmelzprodukte ein sicherer Wandschutz erzielt wird.
  • Im unteren Bereich der Zyklonkammer verläuft die Wandfläche (15) der Einlaufspirale (14) eben, läuft tangential aus und bildet die untere Fläche des Austragsschlitzes (16). Diese ebene Fläche hat eine abwärts gerichtete Neigung von etwa 20 bis 45° gegen die Horizontale. Die andere (obere) den Austragsschlitz begrenzende Fläche setzt an einem Punkt der Wandung an, der auf der Fortsetzung der ursprünglichen, aber durch den Austragsschlitz unterbrochenen Wandungsspirale liegt.
  • Der Austragsschlitz ist im allgemeinen mit parallel verlaufenden Wandungen ausgerüstet. Zweckmäßig verläuft jedoch mindestens eine Wandung in Richtung des Schmelzsammelbehälters divergierend.
  • Der Brennschacht besitzt im allgemeinen kreisfömigen Querschnitt. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Querschnitt der tangentialen Einmündung des Brennschachtes in die Zyklonkammer zweckmäßig elliptisch gestaltet. In vielen Fällen ist ein rechteckiger Querschnitt vorteilhaft. Vom Eintrittsquerschnitt ab erweitert sich die Einlaufspirale stetig und erreicht etwa die Länge des Austragsschlitzes. Die Länge des Austragsschlitzes (in Richtung Zyklonachse) beträgt das etwa bis zu 3-fache der Breite des Einlaufs der Spirale.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich in der Auskleidung des Zyklonmantels an der tiefsten Stelle und beginnend im Bereich der Gasaustrittsöffnung eine Rinne. Diese Rinne (Fig. 3a; 18) verläuft mit zunehmender Tiefe zum Austragsschlitz und ist eine Art Rücklauf für den Schmelzfilm, der von den restlichen, noch aus dem Haupgasstrom abgeschiedenen Schmelzpartikeln stammt. Die Rücklaufrinne beginnt mit zunehmender Tiefe in einem Abstand von etwa 1/3 bis 2/3 des Durchmesserwertes der Gasaustrittsöffnung und endet an dem Austragsschlitz. Das Rinnenende hat eine Breite "B" von etwa 1/4 bis 1/2 des Durchmesserwertes der Gasaustrittsöffnung. Dabei entspricht die Tiefe "T" der Rücklaufrinne etwa der Breite "B". Mit dieser Anordnung wird eine sichere Abscheidung der letzten Anteile schmelzflüssiger Partikel aus dem Gasstrom und eine völlige Rückführung der abgeschiedenen Schmelzbestandteile durch die Rinne in den Austragsschlitz gewährleistet.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Teil des liegend angeordneten zylindrischen Zyklons nach oben abgewinkelt; das heißt, ein zylindrisches Teilstück des Zyklons kann als ganzes nach oben abgewinkelt werden oder aber es kann auch nur die untere Mantelhälfte nach oben abgewinkelt werden, so daß ein Zyklonabschnitt in Form eines asymmetrischen Konus vorliegt. Die Abwinkelung (a) der Längsachse nach oben beträgt etwa 15 bis 30°, und die Länge des abgewinkelten Zyklonabschnitts entspricht etwa der Länge der im unteren Zyklonmantel angebrachten Rücklaufrinne. Schließlich kann der gesamte Zyklonmantel im Bereich der abgewinkelten Längsachse konisch zum Gasaustritt hin gestaltet sein.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Vielzahl von Feststoffen pyrometallurgisch behandelt werden. Besonders eignen sich NE-Metallerzkonzentrate und sulfidische Erze. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich aber ebenfalls für die Behandlung oxidischer, gegebenenfalls vorreduzierter Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate sowie auch für die Behandlung metallurgischer Zwischenprodukte.
  • Der Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine Vielzahl von Feststoffen bei hoher Gasbelastungsdichte eingesetzt und pyrometallurgisch behandelt werden kann und eine praktisch vollständige und über 95 % liegende Abscheidung der Schmelzpartikel im Zyklon gelingt. Bei hoher Durchsatzleistung besitzt die erf indungsgemäße Vorrichtung praktisch keine Störanfälligkeit.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der Beispiele näher erläutert.
  • Es veranschaulichen:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch eine liegende Zyklonkammer herkömmlicher Bauart.
    • Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Zyklonkammer der Fig. 1 entlang der Schnittlinie A - A' - A".
    • Fig. 3 einen Schnitt durch eine Zyklonkammer gemäß Erfindung mit nachgeschaltetem Schmelzenbehälter.
    • Fig. 3a einen Schnitt gemäß Fig. 3, jedoch mit Rücklaufrinne und Öffnungen zur Sekundärkammer.
    • Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Zyklonkammer der Fig. 3 bzw. 3a entlang der Schnittlinie B - C - D.
    • Fig. 4a einen Schnitt gemäß Fig. 4, jedoch mit Rücklaufrinne.
    • Fig. 5 einen Schnitt durch eine Zyklonkammer mit abgewinkelter Längsachse, in Richtung Gasaustritt gesehen.
    • Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Zyklonkammer der Fig. 5 entlang der Schnittlinie E - F - G - H.
    • Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Zyklonkammer der Fig. 5 entlang der Schnittlinie I - K.
    • Fig. 8 einen Schnitt durch einen Brennschacht mit Einmündung in den Zyklon gemäß Erfindung.
    • In den Figuren 1 und 2 eines Zyklons herkömmlicher Bauart ist im einzelnen dargestellt: Der Brennschacht 1 mit Eintrittsquerschnitt 2, Abscheidung der im Heißgas mitfliegenden Tröpfchen 3, Wandfilm 4, Schmelzenschwall 5, aus dem Schwall herausgerissene große Tropfen 6, axial abgedrängte Teilströmung 7, radial umgelenkte Hauptströmung 8, Gasauslaß oder Kragen 9, Wandansatz 10, Sekundärkammer 11, Kesselrohrwand 12 und zentra- ler Schmelzauslaß 13.
    • In Fig. 3 und 3a bedeuten:
      • 1 Brennschacht, 2 Eintrittsquerschnitt, 9 Gasaustritt, 14 Halbspirale, 4 schneller Schmelzfilm auf der Wand, 15 die schräge, zum Austragsschlitz 16 führende Ebene, 17 Kesselrohrwand des Zyklons, 18 die Rücklaufrinne, 19 den Schmelzsammelbehälter mit Öffnungen 20 und anschließenden Kanälen zur Sekundärkammer.
    • In Fig. 4 und 4a zeigen:
      • 22 die Kontur des ill seiner Breite laufend veränderten Spiralkanals in der Draufsicht, 18 die Rücklaufrinne, ebenfalls in der Draufsicht, 2 den Eintrittsquerschnitt des Brennschachts, 9 den Gasaustritt, 17 die Kesselrohrwand des Zyklons.
    • In Fig. 5 bedeuten:
      • 6 Austragsschlitz, 15 der zum Austragsschlitz 6 führende ebene Wandteil, 21 die Gasaustrittsöffnung am Ende der asymmetrisch konisch verengten Zyklonkammer, 19 Schmelzbehälter mit Öffnungen 20 für Gasaustritt, 18 Rücklaufrinne.
    • In Fig. 6 bedeuten:
      • 21 die Gasaustrittsöffnung am Endes des konischen Zyklongehäuses und 22 die Konturen des beidseitig verbreiterten Spiralkanals, von der Einmündung 2 des Brennschachts verlaufend, 17 Kesselrohrwand, 18 Rücklaufrinne.
    • In Fig. 7 bedeuten:
      • 22 die abgewinkelte ( )Zyklonachse, 23 den asymmetrisch konisch zulaufenden Teil der Zyklonkammer, 20 Gasauslaß des Schmelzenbehälters, 21 Gasauslaß für den Hauptgasstrom, 18 Rücklaufrinne.
    • In Fig. 8 ist ein Schnitt durch einen Brennschacht 1 mit Eintrittsquerschnitt 2 sowie Brennern dargestellt. Der
      • Brennschacht mündet in den Zyklon gemäß Erfindung. Mit 16 ist der Austragsschlitz bezeichnet, aus dem die Schmelze 4 auf der Wandung der Halbspirale 14 austritt. 17 bezeichnet die Kesselrohrwand des Zyklons und 9 den Gasaustritt.
    • In dem nachstehenden Beispiel wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Verarbeitung feinkörniger, bei pyrometallurgischer Behandlungstemperatur schmelzflüssige Produkte ergebendender Feststoffe näher und beispielhaft erläutert.
    Beispiel
  • 7.000 kg/h eines komplexen Kupferkonzentrates nachstehender Analyse werden aus vorgeschalteten Bunker-, Trocknungs-, Zuteiler- und Mischanlagen mit 390 m3 Primärluft als Trägergas über eine Förder-Rohrleitung dem Brenner (Fig. 8) zugeführt. Das Konzentrat mit einer Zusammensetzung von
    • Cu = 21 - 23 %
    • Fe = 22-25%
    • S - 30-33%
    • Zn = 9-11%
    • Pb = 6-8%
    • Si02 = 1%

    einer Korngröße zwischen 0,5 und 100 µm und einem Anteil von 53 % im Bereich zwischen 15 und 100 µm besitzt eine Restfeuchte von 0,1 bis 0,3 %. Als Schlackenbildner wird Si02 in Form von Sand in einer Menge von 1,3 t/h dem Konzentrat-Luftstrom vor Eintritt in den Brenner zugeführt, um das sich bildende Eisenoxid in einer Schlacke abzubinden. Hierzu wird Sand mit einer Restfeuchte von 0,1 % und einer Korngröße bis 0,7 mm verwendet. Der Primär-Fluidstrom, bestehend aus 7.000 kg/h Konzentrat, 1.300 kg/h Sand und 380 m3/h Förderluft, wird mit Sekundärstromgemisch aus 600 m3/h Luft und 1.800 m3/h Sauerstoff zusammengeführt. Der homogenisierte und wirbelfreie Fluidstrahl wird nach dem Eintritt in die vertikale Brennerstrecke gezündet (deutsche Patentanmeldung P-3 436 624, (EP-A-0 177 090).
  • Bei fortschreitender Reaktion steigt die Temperatur schnell an und erreicht am Ende des zylindrischen Teils der Brennerstrecke (1) die maximale Temperatur von ca. 1.640 °C (Fig. 8). Der mit Schmelzpartikeln beladene Gasstrom wird durch die tangentiale Einlaufspirale (14) in den Zyklon eingeführt (Fig. 3). Die schmelzflüssigen Partikel werden praktisch im ersten Spiralabschnitt aus dem Gasstrom an der Spiralwandung (4) abgeschieden und nahezu vollständig in den Austragsschlitz (16) überführt. Durch den Austragsschlitz (16) läuft die Schmelze als Strahl in einen Schmelzensammelbehälter (19). Die Wände der Zyklonkammer sind in an sich bekannter Weise als dampfgekühlte, bestiftete und mit Feuerfestmaterial ausgekleidete Rohrwände ausgeführt, wobei durch eine dünne Schicht erstarrter Schmelzprodukte ein sicherer Wandschutz erzielt wird.
  • Im vorliegenden Beispiel verläuft der Prozeß autogen. In Fällen der Verarbeitung von weniger Reaktionswärme liefernden Mischungen wird zusätzlich Brennstoff in gasförmiger, flüssiger bzw. fester Form zugeführt.
  • Aus der über die gekühlten Wandungen der Reaktoranlage abgeführten Reaktionswärme ergibt sich eine Dampfproduktion von ca. 1 t Dampf (60 bar) je t Konzentrat.
  • Die aus dem Zyklongefäß abgeführten Produkte sind:
    • Kupferstein der Zusammensetzung
    • Cu = 74
    • Pb = 2,2
    • Fe = 1,8
    • S = 21,7
    • Zn = 0,6
  • Schlacke mit Gehalten von
    • Cu = 1,8
    • Pb = 1,8
    • Zn = 9,3
    • Fe = 35,8
    • Si02 = 28,8
  • Kupferstein und Schlacke werden zusammen bei einer Schmelztemperatur von ca. 1.320 °C durch den Schlitzaustrag des liegenden Zyklongefäßes abgeführt.
  • Das in axialer Richtung aus dem Zyklongefäß austretende Abgas (Fig. 3; 9) hat eine Temperatur von 1.320 °C und enthält ca. 56 Vol.-% S02.
  • Mit dem Abgas wird oxidisch-sulfatischer Flugstaub folgender Zusammensetzung mitgeführt:
    • Cu = 2,3 %
    • Pb = 22,0 %
    • Zn = 26,0 %
    • S = 14 %
    • Fe = 2 %
  • Dieser Flugstaub wird in den der Zyklonanlage nachgeschalteten Abhitzekessel- und Gasreinigungsanlagen abgeschieden.
  • Die gegenüber Zyklonen herkömmlicher Bauart ohne Schlitzaustrag überlegene Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Zyklons geht aus folgendem Vergleich metallurgischer Daten hervor (Arbeitsweise wie vorbeschrieben).
    Figure imgb0001

Claims (9)

1. Vorrichtung für die pyrometallurgische Behandlung von in sauerstoffreichen Gasen suspendierten feinkörnigen Feststoffen, mit horizontal angeordnetem zylindrischem Gefäß und damit verbundenem, vertikal i 1 das ' ;fäß einmündendem Brennschacht, sowie mit Gasabzugsöffnung und Austragsöffnung für Schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Einmündung des Brennschachts den kreisförmigen Querschnitt des zylindrischen Gefäßes in Form einer Teilspirale erweitert und in einen Austragsschlitz einmündet, wobei der Austragsschlitz nach unten offen ist und den äußeren Mantel des im wesentlichen zylindrischen Gefäßes im wesentlichen parallel zu dessen Längsachse durchbricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schlitzfläche von der mit einer Neigung von 20 bis 40° (gegen die Horizontale) eben und tangential auslaufenden unteren Mantelfläche der Einlaufspirale gebildet ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Austragsschlitzes (in Zylinderlängsachse) im wesentlichen der Breite der Einlaufspirale entspricht.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsquerschnitt der tangentialen Einmündung des Brennschachts elliptisch bis rechteckig ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Einlaufspirale stetig auf die Länge des Austragsschlitzes erweitert ist und diese Länge das etwa bis zu 3-fache der Breite des Einlaufs der Spirale beträgt.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Mantelbereich des Gefäßes eine Rücklaufrinne zur Schmelzenaufnahme aufweist, die von der Gasaustrittsöffnung mit zunehmender Tiefe zum Austragsschlitz verläuft.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufrinne in einem Abstand von 1/3 bis 2/3 des Durchmessers "D" der Gasaustrittsöffnung beginnt und an dem Austragsschlitz endet, wobei das Rinnenende eine Breite "B" von D/4 bis D/2 und eine Tiefe "T" von T = B besitzt.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonabschnitt im Bereich der Länge der Rücklaufrinne nach oben abgewinkelt ist, wobei die Abwinkelung der Längsachse etwa 15 bis 30° gegen die Horizontale beträgt.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die, die Rücklaufrinne aufweisende untere Mantelhälfte des Zyklons zur Gasaustrittsöffnung hin asymmetrisch konisch verläuft.
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